新型双定子无刷双馈风力发电机直接功率控制

新型双定子无刷双馈发电机包括内外功率绕组和内外控制绕组,二者分别通过中间带隔磁环的背靠背笼障转子进行磁场耦合。针对该新型双定子无刷双馈风力发电机提出一种直接功率控制方法,内外功率绕组及内外控制绕组分别串联以保持各自同相绕组的电磁一致性,将功率绕组有功和无功功率滞环比较器输出值及控制绕组磁链扇区号综合,采用查找表得到控制绕组机侧变流器所需输出的电压空间矢量。通过定量对比研究12/8极50 kW样机控制系统阶跃信号作用下的特性仿真与实验结果,验证了所提双定子无刷双馈风力发电机直接功率控制在亚同步~超同步速度变化范围内变速恒频发电、最大功率跟踪、无功功率与单位功率因数控制等方面的正确性、可行性和有效性。

双定子无刷双馈风力发电机无速度传感器反步法直接功率控制

针对双定子无刷双馈发电机,将内外功率绕组及内外控制绕组分别同相串联以保证电磁一致性。基于Lyapunov和Popov稳定性理论,采用反步法和模型参考自适应系统设计一种无速度传感器的反步法直接功率控制策略,利用空间矢量脉宽调制(SVPMW)以固定开关频率驱动控制绕组机侧变流器IGBT,以减小功率绕组功率波动及电流总谐波畸变率。通过12/8极50 kW样机控制系统的特性仿真研究,结果表明:所提控制策略在亚同步~超同步的速度变化范围内,可实现变速恒频发电、最大功率跟踪、无功功率及单位功率因数控制,电流总谐波畸变率约为2%。

双定子无刷双馈风力发电机无速度传感器超螺旋滑模直接功率控制

结合新型背靠背笼障转子耦合内外双定子无刷双馈发电机,提出一种无速度传感器直接功率控制方法。将电机内、外同相功率绕组及内、外同相控制绕组各自串联连接,采用超螺旋滑模控制及SVPWM技术,以固定开关频率驱动控制绕组机侧变流器功率器件,以模型参考自适应系统和Popov超稳定性理论设计发电机速度观测器,取代易发生故障的传统机电式转速/位置传感器。通过12/8极50 kW样机控制系统的特性仿真,验证了所提无速度传感器超螺旋滑模直接功率控制策略的正确性和有效性。

电力电子变换器控制的异步电机发电技术

与国防和民生密切相关的独立电源系统以及再生能源等两大领域,都向发电系统提出了迫切的需求。电力电子变换器控制的异步电机发电技术是再生能源、舰船、航空等领域的研究热点。本文对带有静止励磁调节器的三相笼型异步发电机的结构特点、工作原理、控制策略进行了系统地分析和总结,对两种定子双绕组笼型异步发电机的工作原理和技术现状分别进行了详细地分析,并分别总结了系统的技术特点。最后展望了带有静止励磁调节器的异步电机发电技术的发展前景。

新型简单凸极转子双定子无刷双馈发电机的设计与分析

近年来无刷双馈发电机由于其结构简单、可靠性高、变频器容量低等优点在风力发电领域受到广泛关注。为提高电机空间利用率和功率密度,提出一种新型简单凸极转子无刷双馈发电机,它将两套绕组分离,功率绕组PW置于外定子,控制绕组CW置于内定子。内外定子之间为杯型转子,由简单凸极和不导磁块交替排布而成。PW和CW依据气隙磁场调制原理通过转子耦合,实现双馈运行。设计一台PW端1.5kW的样机,并对电机进行了优化,包括极槽配比、转子结构以及电机尺寸。通过有限元仿真得到的电机电磁性能验证了所提样机原理上的可行性。

双定子无刷双馈发电机绕组分布对性能影响分析

针对传统无刷双馈发电机存在功率密度低的问题,提出改善功率密度的一种新型笼障转子耦合双定子无刷双馈发电机。由于该发电机输出功率与内外单元电机电磁特性一致性相关,而内外定子绕组电动势相位和幅值需满足电磁特性一致性的要求,因此需研究绕组分布对该种电机性能的影响。为此,根据电机的结构,分析该发电机不同绕组层数和不同绕组位置对电机气隙磁密、绕组电动势、效率和电压调整率的影响;在此基础上,提出确保内外定子绕组电动势相位一致的方法,并进行该方法的验证和分析;最后,制造了一台样机,并进行电机性能实验验证。通过有限元计算和实验结果的比较分析,验证了分析方法的正确性和有效性,同时也验证了内外单元电机电磁特性一致。

不平衡负载下双定子无刷双馈发电机独立运行控制策略

该文以运行于独立发电工况下的一种新型双定子无刷双馈发电机为研究对象。为解决三相负载不均衡情形下负载对公共节点电压质量的影响,提出了一种基于控制绕组变换器的负序电压抑制策略。该策略在负同步坐标系下对负序电压分量进行提取和补偿控制,再经过坐标变换加入到正同步坐标系下进行统一的正、负序电流闭环调节。由于控制量中二倍频分量的存在,该方法采用比例积分谐振控制器(PIR)替代传统的比例积分(PI)环节,克服了增益不足的问题。建立了双定子无刷双馈独立发电系统的实验平台,实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。

一类级联式双定子无刷双馈发电机静态无功调节能力分析

无刷双馈发电机是一种具有良好前景的新型风力发电机结构。文中提出了一类级联式双定子无刷双馈发电机无功运行范围的解析计算方法,以该种发电机并网工作时的稳态模型为工具,首先分析了机组的功率流和无功调节机理。在此基础上,综合考虑了发电机自身运行约束、网侧变换器容量约束对机组无功调节能力的影响,推导了该类电机在不同工作点下无功容量的解析算法。同时,考虑到控制绕组电感饱和特性和机组铜耗,对电机的有功功率/无功功率输出曲线进行修正。最后,利用一台10kW实际机组参数进行了分析和仿真,分析结果表明,综合考虑多种约束条件能使该类电机的无功调节能力分析更接近实际情况。

双定子无刷双馈风力发电机结构对比分析与实验研究

无刷双馈发电机受转子结构影响,磁场调制能力有限,会导致效率和功率密度比较低。为改善电机性能,提出一种新型笼障转子双定子无刷双馈风力发电机,给出了2种不同拓扑结构设计思路和装配方案,设计了该电机的两种不同机械结构和装配方式,对结构中“动轴+转子前支架”和“静轴+机壳后端盖”建立了精确的物理模型,采用有限元方法对额定负载下的应力和形变进行仿真研究和对比分析。研制了额定功率和额定转速分别为50 kW和360 r/min不同结构的2台样机,分别进行空载和负载实验。研究结果表明:“静轴双端支撑”和“动轴+转子前支架一体化设计”的设计思想可以推广至其他双定子电机。

双定子直驱无刷双馈风力发电机设计原则与反电势分析

无刷双馈电机具有固有极数高、无刷可靠、变流器功率小的优点,而且可实现变速恒频发电,特别适合大型直驱风力发电系统。针对直驱风力发电机的大径长比,转子内腔空间不能被充分利用,导致电机功率密度低的问题,本文提出了一种具有双定子结构的无刷双馈风力发电机。首先设计了一台3 MW,25 r/min的单定子无刷双馈发电机,并在此电机的转子内腔中增加了一个定子,形成双定子的电机结构。通过改变槽数、绕组匝数、槽宽等进行了多方案对比,最终确定电机的相关参数,并利用有限元法,分析了电机的空载反电势波形。结果表明,所设计的双定子直驱无刷双馈风力发电机具有良好的空载特性。